JP4581279B2

JP4581279B2 - 光モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP4581279B2
Application number: JP2001096791A
Authority: JP
Inventors: 良治小関
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002299745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光モジュールの製造方法に関し、より詳しくは、支持部材に光素子と集光レンズとを光軸を揃えて配置した光モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光モジュールとして、支持部材上に、光を発振する光素子と、この光素子で発振された光を集光する集光レンズとを設けたものが知られており、このような光モジュールは、例えば光通信技術における波長多重伝送に用いられている。
上記光モジュールの製造方法としては、特開昭５５−３６６８号公報や特開平２−８１４９１号公報に開示されているように、予め集光レンズを作成しておき、この集光レンズを支持部材上の適正な位置となるように位置調整しながらＹＡＧ溶接やＵＶ硬化性接着剤で固着するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記集光レンズが適正となるようにその位置を調整する際には、該集光レンズの基板に対する前後位置、左右位置、上下位置およびねじれ位置を調整する必要があり、その調整に多くの時間を必要とするため、光モジュールの製造効率を下げる要因となっていた。
本発明はそのような事情に鑑み、光モジュールをより短時間で製造することができる光モジュールの製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、支持部材上に、光を発振する光素子と、この光素子で発振された光を集光する集光レンズとが設けられた光モジュールの製造方法において、
上記支持部材の所定位置に光素子とレンズ素材とを取り付けた後、上記光素子から発振されてレンズ素材を透過した光を検出手段によってモニタし、そのモニタの結果に基づいて加工手段により上記レンズ素材の所要位置に集光レンズを成形することを特徴とするものである。
【０００５】
上記光モジュールの製造方法によれば、集光レンズを予め製造しておくのではなく、集光レンズの素材でレンズ素材を支持部材上に載置した後に、加工手段によってレンズ素材の所要位置に集光レンズを成形するようにしているので、レンズ素材を支持部材上に取り付ける際には、その取り付け作業が容易となり、それによって光モジュールの製造時間を短縮することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、光モジュール１は支持部材２を備えており、この支持部材２はモジュール基板３とヒートシンク４とで構成されている。上記ヒートシンク４は銅製で全体に金メッキが施された状態で、上記モジュール基板３上にハンダ付けによって固着されている。
上記ヒートシンク４の上面には、ＬＤ（レーザダイオード）からなる光素子５が金すず接合で固着されている。この光素子５は図示左方向（出力側）に出力レーザ光としての光を出射し、右方向（リア側）へは出力と波長のモニタ光としての光を出射する。
そして、光素子５の左方側には光素子５からの光を外部に導出する光ファイバ６が図示しない保持手段によって固定されている。
また、光素子５より照射される光は扁平な断面形状をしているため、光素子５と光ファイバ６の間には、光の強度分布を整えたうえで光ファイバ６に光を集光させる第１集光レンズ７が設けられており、この第１集光レンズ７はＵＶ硬化接着剤やＹＡＧ溶接によってヒートシンク４に固着されている。
【０００７】
一方、上記ヒートシンク４の上部において、光素子５の右方側には光素子５から照射された光の波長や出力を計測するリアモニタモジュール１１がハンダ付けやＵＶ硬化接着剤によって固着され、光素子５とリアモニタモジュール１１の間にも光の形状を整えたうえでリアモニタモジュール１１に光を入射させる第２集光レンズ８がＵＶ硬化接着剤やＹＡＧ溶接によって固着されている。
上記第１集光レンズ７と第２集光レンズ８は、それぞれ光素子５に対して外側を一部凸状とするとともに内側を平面としたレンズを備えており、ガラスや石英を原料とすることで光素子５からの光を効率的に透過させることができるようにし、かつ後述する加工用レーザ光で変形させることができるようになっている。
リアモニタモジュール１１は、左方側から入射される光を右方側と上方側に分割するビームスプリッタ１２と、該ビームスプリッタ１２の右方側に固着され、特定の波長をもつ光のみを透過させるエタロン１３と、エタロン１３を透過した光の強度を検出する出力測定用ＰＤ（フォトデテクタ）１４と、さらにビームスプリッタ１２によって上方に分割された光を受光し、光の波長を検出する波長検出用ＰＤ１５によって構成されている。
本実施例においては、このリアモニタモジュール１１の各部品は光学系接着剤によって固着されており、光が入射する際の損失反射を無くすために予め屈折率などが調整された状態で作成されている。
【０００８】
以上の構成を有する光モジュール１においては、光素子５から左方側に照射された光は第１集光レンズ７に入射される。この第１集光レンズ７は扁平な断面形状をしている光の強度分布を円形に整えるとともに該光を集光させて光ファイバ６に適切な状態で入射させる。そして光ファイバ６に入射された光は、該光ファイバ６によって必要な箇所に案内されるようになる。
一方、上記光素子５から右方側に照射された光は第２集光レンズ８を介してリアモニタモジュール１１に入射され、ビームスプリッタ１２によって右方向へ透過する光と、上方向に反射される光とに分割される。
ビームスプリッタ１２によって右方側に透過された光はエタロン１３に入射し、該エタロン１３によって特定の波長の光が抽出された後に、出力測定用ＰＤ１４に受光されるようになる。またビームスプリッタ１２によって上方側に分割された光はそのまま波長検出用ＰＤ１５に受光されるようになる。
上記出力測定用ＰＤ１４は受光した光の出力を検出し、波長検出用ＰＤ１５は受光した光の波長を検出する。これらの検出データは図示しない制御装置に入力され、該制御装置はこのデータをもとにヒートシンク４の温度を変化させ、光素子５から照射される光の波長を制御するようになっている。
なお、上述する光モジュール１は、従来公知の光モジュール１と基本的に異なるものではない。
【０００９】
次に上記光モジュール１の製造方法について説明すると、図２に示すように、先ずモジュール基板３上にヒートシンク４を固着する。このとき、ヒートシンク４は従来公知のボンディング装置によって自動的にモジュール基板３の所定の位置に固着することができる。
次に、上記ボンディング装置によりヒートシンク４の上面に光素子５と、第１集光レンズ７の素材としてのレンズ素材７ａとを固着する。このレンズ素材７ａは、少なくとも光素子５側の面が平面に加工された板状のガラスまたは石英から製造されている。
上記ヒートシンク４の上部には予め突起４ａが設けられており、この該突起４ａの右方側は光の光軸に直交するような基準面４ｂとなり、また突起４ａの左方側も光の光軸に直交するような基準面４ｃとなっている。
したがって、ボンディング装置により、光素子５の左方の面を上記基準面４ｂに当接させながら固着することによってヒートシンク４に対する光素子５の位置決めを行なうことができ、またレンズ素材７ａの右方側の面を基準面４ｃに当接させながら固着することによってヒートシンク４に対するレンズ素材７ａの位置決めを行なうことができる。この状態では、光素子５からの光はレンズ素材７ａの右方側の表面に垂直に入射されるようになる。
【００１０】
上記ヒートシンク４の所定位置に光素子５とレンズ素材７ａとを固着したら、図３に示すように、光素子５に通電して光を放射させ、レンズ素材７ａを透過した光をこれの左側に配置したレンズ成形ユニット２１で受けさせる。
上記レンズ成形ユニット２１は、図示しない移動手段によって光の光軸方向に直交して上下左右に移動可能なケーシング２２を備えており、このケーシング２２内に、光素子５から放射されてレンズ素材７ａを透過した光をモニタする検出手段としてのビジコン２３と、このビジコン２３によるモニタ結果に基づいて上記レンズ素材７ａの所要位置に集光レンズ７を成形する加工手段としてのＣＯ_２レーザ発振器２４とを設けている。
上記光素子５から放射されてレンズ素材７ａを透過した光は、さらに光素子５からの光軸に対して４５度傾けて配置したダイクロイックミラー２６を透過して上記ビジコン２３に入力されるようになっている。このとき、上記ビジコン２３は、上記光ファイバ６の端面と同一の位置に配置してあり、かつビジコン２３の中心と光ファイバ６の中心とが同一の位置となるように配置してある。
他方、ＣＯ_２レーザ発振器２４から鉛直上方に放射されたレーザ光は、ＣＯ_２レーザ集光レンズ２５を透過してから上記ダイクロイックミラー２６により水平方向に反射され、上記レンズ素材７ａに照射されて該レンズ素材７ａを集光レンズ７に成形することができるようになっている。
上記レンズ成形ユニット２１は図示しない制御装置によって制御されるようになっており、この制御装置は予めビジコン２３に入射する光の形状および焦点の位置や光径に対し、適切にレンズ成形ユニット２１を制御して各集光レンズ７を成形するようにプログラムされている。なお、レーザ光を用いてガラス板を加工してレンズを成形する具体的方法については『ガラス板マイクロレンズアレイのＣＯ_２レーザによる加工』（鈴木薫他３名、レーザ研究１５、１９８７年）に開示されて従来公知なので、その詳細な説明は省略する。
【００１１】
図３の状態では光素子５から照射された光はレンズ素材７ａが光をそのまま透過させているため、光は扁平な形状のまま拡散され、何ら焦点が合っていない状態でビジコン２３に受光されている。この状態においてビジコン２３は、入射された光の形状と拡散の状態とをモニタしており、制御装置はそのモニタの結果から第１集光レンズ７を得るために必要な加熱位置と照射エネルギーを計算する。
次に図４に示すように、制御装置は計算結果に基づいてケーシング２２を光の光軸に直交して上下左右に移動させ、これと同時にＣＯ_２レーザ発振器２４からレーザ光を放射させるとともにＣＯ_２レーザ集光レンズ２５を上下に動かしてＣＯ_２レーザ光の焦点をレンズ素材７ａの表面近傍に合わせながら、レンズ素材７ａを断続的に加熱して第１集光レンズ７を成形する。
このようにして第１集光レンズ７を成形したら、再びケーシング２２を、すなわちビジコン２３を元の位置に復帰させて光素子５からの光をモニタさせ、誤差がある場合には再び制御装置はそのモニタの結果から第１集光レンズ７を得るために必要な加熱位置と照射エネルギーを計算して、上述した第１集光レンズ７の成形加工が繰り返される。
このようにして、成形した第１集光レンズ７を介してビジコン２３に入射される光の形状と焦点とが適切なものとなったら、第１集光レンズ７の成形を終了する。
なお、上記実施例ではケーシング２２を移動させるようにしているためビジコン２３もこれと一体に移動するようになるが、ビジコン２３を固定してＣＯ_２レーザ発振器２４、ＣＯ_２レーザ集光レンズ２５およびダイクロイックミラー２６を移動させるようにしてもよく、この場合にはビジコン２３によって加工途中であっても光素子５からの光を常にモニタすることが可能となる。
なお、使用する加工用レーザはＣＯ_２レーザに限定する必要はなく、レンズ素材７ａ、８ａに対して吸収のよい波長のレーザ光を選択すればよい。
【００１２】
上記第１集光レンズ７の加工が終了すると、図５に示すように、第１集光レンズ７のときと同様に、ヒートシンク４上に第２集光レンズ８のレンズ素材８ａが固着される。このレンズ素材８ａも、少なくとも光素子５に向いた面が平面に加工されている。
次に、上記レンズ成形ユニット２１をレンズ素材８ａの左方側にセットする。
このとき、レンズ成形ユニット２１を移動させるのではなく、支持部材２を水平に回転移動させてもよい。また、リアモニタモジュール１１に固着されている各ＰＤ１４，１５の受光可能な範囲は光ファイバ６に比べて広いので、第２集光レンズ８が光を集光させる際に焦点の位置に多少のズレが生じてもよい。したがってそのことから、予め光が各ＰＤ１４，１５に焦点を結ぶような位置を求めておき、その近傍にビジコン２３の受光部が位置するようにレンズ成形ユニット２１をセットすればよい。
この状態となったら、上記レンズ素材７ａの加工の場合と同様に制御装置がレンズ成形ユニット２１を移動させてレンズ素材８ａを加工し、該レンズ素材８ａを第２集光レンズ８に成形する。
【００１３】
このようにして第２集光レンズ８を成形したら、次に図６に示すように、ヒートシンク４上の第２集光レンズ８の右側に、予め作成されていたリアモニタモジュール１１を固着する。このとき、上述したようにリアモニタモジュール１１の各ＰＤ１４，１５に入射する光の焦点の位置は多少の誤差が許容されるため、リアモニタモジュール１１用の基準面は設けてなく、ボンディング装置はリアモニタモジュール１１の形状エッジ部をＣＣＤカメラからの画像等で認識しながら、リアモニタモジュール１１をヒートシンク４上の所定の位置に固着する。
そして、最後に図１のように光ファイバ６を保持手段と共にモジュール基板３の所定の位置に固定すれば、光ファイバ６の位置と、上記レンズ成形ユニット２１におけるビジコン２３の位置とが同じとなるため、光素子５からの光は適切に光ファイバ６の中心に入射されるようになる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、予めレンズ素材を支持部材に固着した後に、光の形状を確認してからレンズ素材を集光レンズに成形するので、従来のように既に成形された集光レンズを高精度に位置決めしながら支持部材に固着する必要がなく、光モジュールの製造時間を短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって製造すべき光モジュール１を示す該略正面図。
【図２】光モジュール１の製造工程における第１の工程を示す該略図。
【図３】光モジュール１の製造工程における第２の工程を示す該略図。
【図４】光モジュール１の製造工程における第３の工程を示す該略図。
【図５】光モジュール１の製造工程における第４の工程を示す該略図。
【図６】光モジュール１の製造工程における第５の工程を示す該略図。
【符号の説明】
１光モジュール２支持部材
４ヒートシンク５光素子
６光ファイバ７第１集光レンズ
８第２集光レンズ１１リアモニタモジュール
２１レンズ成形ユニット

Claims

支持部材上に、光を発振する光素子と、この光素子で発振された光を集光する集光レンズとが設けられた光モジュールの製造方法において、
上記支持部材の所定位置に光素子とレンズ素材とを取り付けた後、上記光素子から発振されてレンズ素材を透過した光を検出手段によってモニタし、そのモニタの結果に基づいて加工手段により上記レンズ素材の所要位置に集光レンズを成形することを特徴とする光モジュールの製造方法。
上記支持部材は、モジュール基板とヒートシンクとを備えており、このヒートシンク上に上記光素子と集光レンズとが設けられることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
上記光素子から発振された光は、ダイクロイックミラーを透過して上記検出手段によってモニタされ、また上記加工手段としての加工用レーザ装置からのレーザ光は上記ダイクロイックミラーにより反射されるとともに上記レンズ素材に照射されて、該レンズ素材を集光レンズに成形することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光モジュールの製造方法。